Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (848.63 KB, 103 trang )
Đồ án tốt nghiệp
Phần 1 Mở đầu
Mã hóa tín hiệu nhị phân thành tín hiệu nhiều mức để giảm độ rộng băng
tần. Loại mã hóa này quan trọng khi cần truyền số liệu tốc độ cao trên đờng
truyền có băng tần hạn chế. Việc giảm độ rộng băng tần cần thiết của kênh
hoặc tăng tốc độ bit với một độ rộng băng tần đã cho sẽ cần phải tăng tỉ số tín
hiệu trên tạp âm S/N để đạt đợc xác suất lỗi bít Ber cho trớc.
Bảo mật tin tức cho thông tin trên đờng truyền. Không liên quan đến chất
lợng truyền dẫn, nhng tính bảo mật thông tin là một đặc tính rất quan trọng
của mã đờng truyền.
Tạo phổ tín hiệu nhằm ứng dụng cho những mục đích nh tách xung đồng
hồ, giảm thành phần biên độ ở tần số 0Hz đến không, hoặc giảm các thành
phần tần số cao và thấp trớc khi lọc.
1.1.2 Mã đờng dây Line Code
Các số nhị phân 0 và 1 truyền dẫn trên đờng truyền dới dạng tín
hiệu xung nối tiếp đợc gọi là mã đờng dây.
Các loại mã đờng dây có các đặc điểm sau:
- Chuyển mức về không ở giữa bit
+ Không chuyển mức NRZ (Non Return to Zero)
+ Có chuyển mức RZ (Return to Zero)
- Cực tính
+ Đơn cực UniPolar
+ Phân cực BiPolar
4
Đồ án tốt nghiệp
Binary
Phần 1 Mở đầu
1
1
0
1
0
0
1
P w (f)
+V
t
Unipolar NRZ
First Null Bandwidth
0.5
f
P w (f)
+V
R
2R
t
Unipolar RZ
0.25
1
+V
t
Bipolar NRZ
f
R
2R
0.5
-V
R
2R
+V
t
Bipolar RZ
0.5
-V
R
2R
R
2R
+V
t
Manchester
0.5
-V
Hình 1- Các mã đờng dây cơ bản
Do đó ta có các loại tín hiệu trên đờng truyền với dạng tín hiệu và phổ
của chúng nh trên.
Nhận xét:
- Để truyền đi xa cần công suất lớn.
- Để tách đợc tín hiệu Clk cần mật độ phổ khác 0 tại tần số f = R.
- Dải thông của kênh truyền tối thiểu bằng tần số đầu tiên mà tại
đó mật độ phổ bằng 0 (First Null Bandwidth).
Dựa vào các đặc điểm trên ngời ta tạo ra các loại mã đờng truyền thích
hợp với tốc độ dữ liệu và môi trờng truyền dẫn (cáp đối xứng, cáp đồng trục
hay cáp quang).
5
Đồ án tốt nghiệp
Phần 1 Mở đầu
Dới đây là các loại mã đờng dây sử dụng trong hệ thống phân cấp số của
ITU:
Tốc độ (Mbps)
2.048
Mã đờng dây
HDB3
8.448
HDB3
34.368
HDB3
139.264
CMI
564.992
1.544
CMI
AMI, B8ZS
6.312
B6ZS, B8ZS
32.064
AMI (Scrambled)
44.736
B3ZS
1.1.2.1 Mã AMI (Alternate Mark Inversion)
Mã AMI sử dụng mã 3 mức còn gọi là mã tam phân, trong đó mức giữa
của tín hiệu đợc ứng dụng rộng rãi là điện áp 0. Mã có các mức điện áp ra là
+V (ký hiệu là +), -V (ký hiệu là -) và mức điện áp 0 tơng ứng với mức
đất của hệ thống. Ngời ta gọi mã tam phân này là mã đảo dấu luân phiên AMI.
Đây là một mã lỡng cực, không trở về 0 hoặc có trở về 0 (NRZ hoặc RZ). Dãy
mã thu đợc bằng cách: bit 0 tơng ứng với mức điện áp 0 còn bit 1 tơng ứng với
mức + và - một cách luân phiên bất chấp số bít 0 giữa chúng.
6
Đồ án tốt nghiệp
Phần 1 Mở đầu
Binary
1
1
0
1
0
0
1
+V
t
AMI Non Return Zero
-V
+V
t
AMI Return Zero
-V
Hình 1-2 Dạng tín hiệu AMI
Mã AMI có đặc điểm mật độ phổ rất nhỏ ở tần số thấp, mật độ phổ cực
đại ở 1/2 tốc độ bit. Trong mã AMI các xung dơng luân phiên nhau, do đó nếu
có lỗi sinh ra trong hệ thống truyền dẫn do tạp âm xung hoặc xuyên âm sẽ gây
ra bỏ sót một xung hoặc thêm một xung vào, cả hai trờng hợp đó sẽ xuất hiện
hai xung kề nhau cùng cực tính vi phạm luật lỡng cực và hệ thống có thể dễ
dàng phát hiện ra lỗi đó. Tuy nhiên với mã AMI, một dãy bit 0 liên tiếp có thể
gây mất đồng bộ. Để khắc phục ngời ta phải ngẫu nhiên hóa (Scramble) trớc
khi truyền. Ngẫu nhiên hóa chuỗi bit đợc thực hiện bằng cách cộng modul-2
với một chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS (Pseudo random bit sequence). Phía thu sẽ
thực hiện giải ngẫu nhiên hóa (De-scramble) cũng bằng cách cộng modul-2
chuỗi bit thu đợc với chuỗi PRBS một cách đồng bộ.
1.1.2.2 Mã CMI (Coded Mark Inversion)
Mã CMI cũng tơng tự nh mã AMI Non return zero. Nhng để tránh mất
đồng bộ đo một dãy các bít 0 liên tiếp gây ra, mã CMI mã hóa bit 0 thành 2
mức điện áp - và + tơng ứng với mỗi nửa chu kỳ bit Tb.
7
Đồ án tốt nghiệp
Phần 1 Mở đầu
Binary
1
1
0
1
0
0
1
+V
t
Code Mark Inversion
-V
Hình 1-3 Dạng tín hiệu CMI
Nh vậy có thể coi mã CMI là mã phân cực NRZ có t CLK = 2tCLK đợc mã
hóa nh sau: bit 0 tơng ứng với 01 còn bit 1 tơng ứng với bit 00 và 11 luân
phiên nhau.
1.1.2.3 Mã HDB3 (High Density Bipolar-3)
Mã HDB3 tơng tự nh mã AMI Return Zero. Nhng để tránh mất đồng bộ
do dãy các bit 0 gây ra, mã HDB3 mã hóa 4 bits 0 liên tiếp (0000) thành tổ
hợp 000V hoặc B00V. Trong đó bit B (Balancing) tuân theo luật mã lỡng cực
sử dụng để chèn vào đầu 4 bits 0 liên tiếp để tránh 2 bit V kề nhau cùng cực
tính, còn bit V (Violation) vi phạm luật mã lỡng cực. Nh vậy trong dòng mã
HDB3 chỉ có tối đa 3 chu kỳ liên tiếp tín hiệu ở mức 0.
Binary
HDB3
0
0
1
B
0
0
0
0
0
0
0
V
0
B
0
0
0
0
0
V
0
0
0
0
0
0
1
B
+V
t
HDB3 Signal
-V
Hình 1-4 Dạng tín hiệu HDB3
8
Đồ án tốt nghiệp
Phần 1 Mở đầu
1.1.2.4 Mã BnZS (Bipolar with n-Zeros Substitution)
Tơng tự nh HDB3, BnZS cũng là một cải tiến của AMI Return Zero để
tránh mất đồng bộ do dãy các bits 0 liên tiếp. Nhng cách thay thế các bit 0 của
BnZS khác với HDB3:
BnZS
B2ZS
Substitution
0V
B3ZS
000
0VB
B4ZS
0000
0V0B
B6ZS
000000
0VB0VB
B8ZS
1.2
Binary
00
00000000
000VB0VB
Truyền dẫn BroadBand
Nếu nh kênh truyền có dải thông cho phép nhất định, thì để phối hợp với
kênh truyền này tín hiệu số phải đợc điều chế vào sóng mang có tần số thích
hợp để cho phép truyền đợc qua băng thông của kênh. Kênh qua đó tín hiệu đợc truyền đi bị han chế về độ rộng băng đối với tần số trung tâm ở khoảng tần
số sóng mang nh trong điều chế song biên (DSB), hoặc ở bên cạnh sóng mang
nh trong điều chế đơn biên (SSB). Nếu độ rộng băng tần của các tín hiệu và
các kênh nhỏ hơn nhiều tần số sóng mang, chúng đợc hiểu là các tín hiệu băng
hẹp. Kỹ thuật điều chế số có thể làm thay đổi biên độ, pha, tần số của sóng
mang thành từng mức gián đoạn. Mặc dù có nhiều phơng thức điều chế, nhng
việc phân tích các phơng thức này tùy thuộc chủ yếu vào dạng kiểu điều chế
và tách sóng. Có hai dạng chính là: loại kết hợp và loại không kết hợp. Loại
kết hợp hay còn gọi là tách sóng đồng bộ đợc sử dụng trong điều chế dịch pha
PSK (Phase Shift Keying). Loại không kết hợp hay còn gọi là tách sóng đờng
bao đợc sử dụng trong điều chế dịch biên độ ASK (Amplitude Shift Keying)
và điều chế dịch tần số FSK (Frequency Shift Keying)
1.2.1 Amplitude Shift Keying
Điều chế khóa dịch biên độ ASK làm thay đổi biên độ của sóng mang
vc(t) theo tín hiệu số vd(t).
9
Đồ án tốt nghiệp
Phần 1 Mở đầu
v ASK ( t ) = vc ( t ) vd ( t )
Nếu:
vc ( t ) = cos( wc t )
0
vd ( t ) =
1
Thì:
0
vd ( t ) =
vc ( t )
Và ta có dạng tín hiệu ASK với tín hiệu nhị phân 1011001 nh sau:
Hình 1-5 Tín hiệu ASK
Theo biến đổi Fourier ta có:
vd ( t ) =
1
+
2 2
1
1
cos w0t 3 cos 3w0t + 5 cos 5w0t ...
v ASK ( t ) = vc ( t ) vd ( t )
v ASK ( t ) =
1
cos wc t +
2
2
1
cos w0 t cos wc t 3 cos 3w0 t cos wc t + ...
Mặt khác ta có
2 cos A cos B = cos( A B ) + cos( A + B )
Do đó:
v ASK ( t ) =
1
cos wc t + {cos( wc w0 )t + cos( wc + w0 )t
2
2
1
[cos( wc 3w0 )t + cos( wc + 3w0 )t ] + ...
3
}
10
Đồ án tốt nghiệp
Phần 1 Mở đầu
Nh vậy phổ của tín hiệu ASK gồm thành phần sóng mang w c, thành phần
mang tin tức wc w0 và các thành phần hài bậc 3 , 5 , 7 ...
Hình 1-6 Phổ của tín hiệu ASK
ASK có thể đợc điều chế 2 hay M mức, gọi là M-ASK với M = 2k . Khi
đó mỗi trạng thái của tín hiệu đợc gọi là 1 baud.
ASK có thể giải điều chế kết hợp (tách sóng đồng bộ) hay giải điều chế
không kết hợp (tách sóng đờng bao). Kiểu điều chế này chỉ thích hợp với tốc
độ nhỏ.
1.2.2 Frequency Shift Keying
Điều chế khóa dịch tần số FSK đợc thực hiện bằng cách dịch tần số sóng
mang đi một lợng nhất định tơng ứng với tín hiệu số đa và điều chế. Trong
FSK hai trạng thái ta có hai sóng mang với tần số khác nhau:
v1 ( t ) = cos w1t
v2 ( t ) = cos w2t
Tín hiệu điều chế có dạng
1
vd ( t ) =
0
Do đó tín hiệu FSK tơng ứng có dạng sau:
cos w1t
vFSK ( t ) =
cos w2t
11
Đồ án tốt nghiệp
Phần 1 Mở đầu
Hình 1-7 Dạng tín hiệu FSK
Nh vậy:
v FSK ( t ) = cos w1t vd t + cos w2t (1 vd t )
ở trên ta đã có:
vd ( t ) =
1
+
2 2
1
1
cos w0t 3 cos 3w0t + 5 cos 5w0t ...
Do đó
1
1
1
vFSK ( t ) = cos w1t + cos w0t cos 3w0t + cos 5w0t ... +
3
5
2 2
1
1
1
+ cos w2t cos w0t cos 3w0t + cos 5w0t ...
3
5
2 2
Tơng tự trên, cuối cùng ta đợc:
v FSK ( t ) =
1
1
cos w1t + {cos( w1 w0 )t + cos( w1 + w0 )t
2
1
[ cos( w1 3w0 )t + cos( w1 + 3w0 )t ] + ... } +
3
1
1
+ cos w2t + {cos( w2 w0 )t + cos( w2 + w0 )t
2
1
[ cos( w2 3w0 )t + cos( w2 + 3w0 )t ] + ... }
3
12
Đồ án tốt nghiệp
Phần 1 Mở đầu
Nh vậy dạng phổ của tín hiệu FSK giống nh dạng phổ của tín hiệu ASK
nhng với hai thành phần sóng mang có tần số f1 và f2, và khoảng cách giữa
chúng là fs.
Hình 1-8 Phổ của tín hiệu FSK
FSK có thể đợc điều chế 2 hay M mức. Phơng pháp khóa dịch tần số FSK
đợc dùng khá rộng rãi trong các modem truyền số liệu tốc độ thấp theo các
chuẩn V21, V22, V24.
1.2.3 Phase Shift Keying
Phơng pháp điều chế khóa dịch pha PSK sử dụng đặc tính pha của sóng
mang để điều chế tin tức. Xét trờng hợp đơn giản với PSK hai trạng thái.
vc ( t ) = cos( wc t )
cos( wc t )
v (t)
1
vd ( t ) = v PSK =
or vPSK = c
0
cos( wc t + )
vc ( t )
Nh vậy nếu biểu diễn tín hiệu số vd(t) dới dạng lỡng cực ta có biểu thức:
vPSK ( t ) = vd ( t ) vc ( t )
13
Đồ án tốt nghiệp
Phần 1 Mở đầu
Hình 1-9 Tín hiệu PSK
Biến đổi Fourier của tín hiệu số lỡng cực có dạng sau:
vd ( t ) =
4
1
1
cos w0t 3 cos 3w0t + 5 cos 5w0 t ...
Do đó:
vPSK ( t ) = vd ( t ) vc ( t ) =
4
1
cos wc t cos w0t 3 cos wc t cos 3w0t + ...
Mặt khác ta có:
2 cos A cos B = cos( A B ) + cos( A + B )
Suy ra:
v PSK ( t ) =
2
{cos( wc w0 )t + cos( wc + w0 )t
1
[ cos( wc 3w0 )t + cos( wc + 3w0 )t ] + ...
3
}
Nh vậy phổ của tín hiệu PSK chỉ chứa thành phần mang tin tức và các hài
bậc 3, 5, 7, ... mà không có thành phần sóng mang.
Dới đây là dạng phổ của tín hiệu PSK:
14